謝靜

(山西五建集團(tuán)有限公司，山西太原 030013)

超聲法檢測(cè)混凝土缺陷的方法研究

謝靜

(山西五建集團(tuán)有限公司，山西太原 030013)

介紹了超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的原理，闡述了超聲波檢測(cè)混凝土缺陷常用的三種方法，并分析了超聲波在新型混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用特點(diǎn)，指出使用超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)僅可對(duì)其進(jìn)行常規(guī)類(lèi)檢測(cè)，不能對(duì)其進(jìn)行細(xì)部檢測(cè)。

超聲波法，混凝土缺陷，鉆孔測(cè)試，混凝土結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)混凝土施工質(zhì)量的技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)?；炷翝仓髮?duì)其內(nèi)部的密實(shí)性或裂縫檢測(cè)技術(shù)分為有損檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)，其中有損檢測(cè)是對(duì)所檢測(cè)的構(gòu)件進(jìn)行破壞而觀察內(nèi)部缺陷情況，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)通過(guò)現(xiàn)代科技產(chǎn)品在不破壞原結(jié)構(gòu)的情況下觀察其內(nèi)部缺陷情況。目前針對(duì)混凝土的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括回彈法、超聲法、沖擊回波法和探地雷達(dá)法等［1-5］。其中回彈法是根據(jù)所檢測(cè)混凝土構(gòu)件的表觀硬度而產(chǎn)生的回彈值測(cè)定其混凝土強(qiáng)度的方法;超聲法是根據(jù)超聲波穿透混凝土材料所用的時(shí)間來(lái)判斷混凝土內(nèi)部缺陷情況;沖擊回波法與超聲法原理類(lèi)似，也是采用聲波穿透混凝土材料所用的時(shí)間來(lái)判斷混凝土內(nèi)部缺陷情況;探地雷達(dá)法是根據(jù)電磁波在混凝土材料內(nèi)所用的時(shí)間來(lái)判斷混凝土內(nèi)部的缺陷情況。由于超聲波無(wú)損檢測(cè)儀器的價(jià)格相對(duì)較低，測(cè)試結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，因此在這幾種無(wú)損測(cè)缺陷的方法中，超聲波法是應(yīng)用率最高、性價(jià)比最高的方法，本文即對(duì)超聲波法測(cè)混凝土缺陷的方法進(jìn)行研究。

1 超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的原理

超聲波測(cè)混凝土缺陷的方法有兩種:單面測(cè)試法和雙面測(cè)試法，單面測(cè)試法是指發(fā)射端探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波在構(gòu)件另一端產(chǎn)生反射，發(fā)射端又作為接收器而接收所反射的超聲波，從而根據(jù)聲波所傳播的最短時(shí)間與理論傳輸時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，判斷混凝土內(nèi)部缺陷的大小，但由于單面測(cè)試法所接收的雜波較多，測(cè)試結(jié)果相對(duì)不太理想;雙面測(cè)試法——穿透法，是目前使用中最為廣泛的方法，雙面測(cè)試法是在構(gòu)件一端發(fā)射聲波，另一端接受聲波，通過(guò)聲波單程傳輸?shù)臅r(shí)間計(jì)算得到混凝土內(nèi)部缺陷的方法，這種方法測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，因此應(yīng)用率最高。穿透法是將接收端所接收的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，顯示在超聲儀屏幕上，根據(jù)超聲儀中所輸入的構(gòu)件信息和所接收的聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，得到超聲波在構(gòu)件中所傳輸?shù)乃俣龋詈髮⑺占男畔R總至電腦上，得到相對(duì)缺陷位置及大小。

2 超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的基本方法

使用超聲波檢測(cè)儀對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，根據(jù)構(gòu)件的形狀、尺寸、大小、環(huán)境等條件，選用合適的測(cè)試方法。常規(guī)的測(cè)試方法有平面測(cè)試、鉆孔或預(yù)埋管測(cè)試和混合測(cè)試三種方法。

2.1 平面測(cè)試

平面測(cè)試法是在常規(guī)的矩形柱或梁構(gòu)件上使用平面換能器測(cè)試構(gòu)件同一方向缺陷的方法，這種測(cè)試方法是最為常規(guī)也是工程中應(yīng)用率最高的測(cè)試方法。平面測(cè)試法又包括三種測(cè)試方法，分別為:對(duì)測(cè)法、斜測(cè)法和平測(cè)法。

1)對(duì)測(cè)法。對(duì)測(cè)法在平面測(cè)試法中屬于最為簡(jiǎn)單的方法，進(jìn)行測(cè)試前，在混凝土構(gòu)件上相互平行的兩個(gè)混凝土面上用水準(zhǔn)儀放線，在所檢測(cè)的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm×50 mm或100 mm×100 mm的網(wǎng)格，在所測(cè)網(wǎng)格的點(diǎn)上涂抹耦合劑，再將超聲波發(fā)射探頭和接收探頭置于同一直線上，具體如圖1a)所示。這種方法適用于矩形截面的混凝土構(gòu)件，構(gòu)件具有一對(duì)或兩對(duì)不遮擋、具有檢測(cè)條件的互相平行的表面。采用此方法可大致測(cè)出混凝土內(nèi)的位置，對(duì)其缺陷大小較難測(cè)試，并且由于在網(wǎng)格交點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，因此易錯(cuò)過(guò)網(wǎng)格內(nèi)的缺陷，將測(cè)量小型缺陷成為一種小概率事件。

圖1 超聲波平面測(cè)試法

2)斜測(cè)法。斜測(cè)法對(duì)構(gòu)件的要求和測(cè)試前對(duì)構(gòu)件的處理相同，測(cè)試方法是將發(fā)射探頭和接收探頭相互錯(cuò)開(kāi)一個(gè)網(wǎng)格的方法進(jìn)行測(cè)試，如圖1b)所示。采用此方法可適用于矩形截面的混凝土構(gòu)件，構(gòu)件具有一對(duì)或兩對(duì)不遮擋、具有檢測(cè)條件的互相平行的表面。采用此方法進(jìn)行檢測(cè)可對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷進(jìn)行精確定位，確定缺陷較為精確的范圍及大小。

3)平測(cè)法。平測(cè)法主要對(duì)僅具有一個(gè)測(cè)試面的混凝土構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試，如對(duì)筏板基礎(chǔ)、大體積混凝土等構(gòu)件，如圖1c)所示。這種測(cè)試方法是通過(guò)超聲波在混凝土構(gòu)件底部反射而接收的波速或聲時(shí)大小判斷缺陷的位置和大小。采用此方法進(jìn)行測(cè)試時(shí)測(cè)試結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確，但對(duì)缺陷位置定位較為困難。

2.2 鉆孔測(cè)試

在混凝土工程中，經(jīng)常遇到厚度較大的大體積混凝土構(gòu)件，對(duì)此類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，由于厚度較大采用平測(cè)法時(shí)反射接收的超聲波雜波較多，因此不能采用平測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。所以當(dāng)混凝土厚度超過(guò)一定范圍時(shí)，對(duì)大體積混凝土進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，即需要采用鉆孔或通過(guò)對(duì)預(yù)埋管等進(jìn)行檢測(cè)。采用鉆孔式檢測(cè)時(shí)，需對(duì)超聲波檢測(cè)儀更換徑向換能器進(jìn)行檢測(cè)。此測(cè)試方法的測(cè)試原理同平測(cè)法類(lèi)似，即進(jìn)行測(cè)試時(shí)將大體積混凝土中所鉆的孔間混凝土作為一個(gè)相對(duì)的平面進(jìn)行測(cè)試。這種測(cè)試方法分為孔中對(duì)測(cè)和孔中斜測(cè)兩種測(cè)試方法。

1)孔中對(duì)測(cè)。將徑向換能器的發(fā)射端和接收端置入鉆好的孔或預(yù)埋的管道內(nèi)，將兩個(gè)徑向換能器放置同一水平高度上，在每隔一定間距內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試缺陷的位置及大小，測(cè)試示意圖如圖2a)所示。

2)孔中斜測(cè)?？字行睖y(cè)的方法與平測(cè)法中的斜測(cè)法基本相同，即將徑向換能器置入鉆好的孔或預(yù)埋的管道內(nèi)，將兩個(gè)徑向換能器保持一定高差進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試缺陷的位置及大小，測(cè)試示意圖如圖2b)所示。

圖2 超聲波孔中測(cè)試法

使用上述兩種對(duì)厚度較大的大體積混凝土的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)需在混凝土內(nèi)鉆較多的孔洞或預(yù)埋較多的管道，影響混凝土的整體性，并且在測(cè)試時(shí)大體積混凝土的邊緣處將檢測(cè)不到位。

2.3 混合測(cè)試法

混合測(cè)試法是將平面測(cè)試法與孔中測(cè)試法相結(jié)合的測(cè)試方法。采用這種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)在于可對(duì)斷裂類(lèi)混凝土或不允許大面積開(kāi)洞的混凝土構(gòu)件測(cè)試，測(cè)試范圍大于平測(cè)法和孔中測(cè)試法?；旌蠝y(cè)試法的原理是使用平面換能器和徑向換能器進(jìn)行綜合測(cè)試，測(cè)試時(shí)也分為平測(cè)法和斜測(cè)法兩種類(lèi)型。平測(cè)法即將兩種換能器放置同一水平處進(jìn)行測(cè)試;斜測(cè)法即將兩種換能器錯(cuò)開(kāi)一定距離進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法同平測(cè)法及孔中測(cè)試法基本相同，測(cè)試示意圖如圖3所示。

圖3 超聲波混合測(cè)試法

3 超聲波檢測(cè)新型混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的特點(diǎn)

目前的新型混凝土結(jié)構(gòu)主要有鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)規(guī)程。通過(guò)對(duì)大量的新型混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)鋼管混凝土和型鋼混凝土進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，去除超聲波在外圍鋼管或型鋼內(nèi)的聲時(shí)和聲速，聲時(shí)較長(zhǎng)的和聲速較慢的超聲波即為超聲波在混凝土內(nèi)傳輸?shù)某暡?。超聲波在穿過(guò)鋼管混凝土及型鋼混凝土?xí)r的原理同超聲波在普通混凝土中穿過(guò)或穿透鋼筋時(shí)的原理相同，由于鋼管混凝土或型鋼混凝土中的鋼管及型鋼無(wú)固定厚度，因此在檢測(cè)時(shí)無(wú)需對(duì)這種新型混凝土結(jié)構(gòu)中的聲參數(shù)進(jìn)行更改，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的測(cè)試方法及判定方法與普通混凝土相同，僅需在其表面涂刷耦合劑，直接進(jìn)行檢測(cè)即可，測(cè)試示意圖如圖4所示。

圖4 超聲波檢測(cè)新型混凝土結(jié)構(gòu)方法示意圖

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，由于內(nèi)部配筋率較低，混凝土澆筑時(shí)易密實(shí)，但鋼管和型鋼內(nèi)部在一定距離內(nèi)間隔布置水平隔板，在混凝土澆筑時(shí)，隔板下部混凝土不易密實(shí)，并且在振搗時(shí)浮漿也易在隔板處形成，待澆筑完成后此部分混凝土易出現(xiàn)孔洞，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)不密實(shí)的現(xiàn)象。并且在混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于混凝土內(nèi)水泥發(fā)生水化反應(yīng)從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)產(chǎn)生收縮，最終導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫和混凝土與鋼管及型鋼的交界面發(fā)生剝離的現(xiàn)象，這類(lèi)危害在鋼管混凝土和型鋼混凝土中極易產(chǎn)生。但采用超聲法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)較難發(fā)現(xiàn)此類(lèi)現(xiàn)象，若由于此類(lèi)現(xiàn)象而導(dǎo)致鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱的承載不足而在其外部出現(xiàn)裂縫時(shí)，則需采用更先進(jìn)的技術(shù)或?qū)ζ滗摴芑蛐弯撨M(jìn)行開(kāi)鑿進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的超聲波法測(cè)混凝土缺陷的方法進(jìn)行研究，得到超生波法在混凝土中的三種測(cè)試方法:平測(cè)法、孔中測(cè)試法和混合測(cè)試法，三種測(cè)試方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。超聲波法在對(duì)新型混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，無(wú)需對(duì)其相關(guān)聲參數(shù)進(jìn)行調(diào)校，可直接進(jìn)行相關(guān)常規(guī)類(lèi)檢測(cè)，但不能對(duì)其隔板處及沿鋼管或鋼板處等開(kāi)裂的現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)，在對(duì)新型混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)還具備一定的局限性。

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Research on the method of ultrasonic testing of concrete defects

Xie Jing
(Shanxi 5th Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

The paper introduces the principle for the detection of the concrete defects with the ultrasonic waves，illustrates the common three methods for the detection with the ultrasonic waves，analyzes the application features of the ultrasonic wave in new concrete structure，and points out the detection method is the regular one without detailed detection.

ultrasonic wave method，concrete defects，drilling test，concrete structure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0044-02

2016-10-15

謝 靜(1982-)，女，工程師